단일 신장을 가진 환자에서 팬텀 연구를 통한 CT 사구체 여과율 추정

Abstract

Objective: We aimed to examine the correlation between Hounsfield unit (HU) values and contrast agent concentrations via phantom study and applied this result to estimate glomerular filtration rate (GFR) in patients with a single kidney, comparing the result to CKD-EPI (Chronic Kidney Disease Epidemiology Collaboration) eGFR. Methods: Through computed tomography (CT) HU value of phantom composed of various concentration of contrast media, we derived the regression equation using linear regression analysis. A total of 43 patients (mean age ± standard deviation [SD], 65.9 ± 8.7 years; 13 men) with single kidney who underwent CT urography from October 2020 to December 2020 was included. In each phase of the scan, we semiautomatically outlined the kidney contour on each slice and calculated the number of voxels and the sum of HU values for the kidney. Using the regression slope obtained from phantom study, we estimated the amount of contrast agent added to the kidney parenchyma. Correlation analyses between these ratios of estimated contrast amount to injected contrast agent and CKD-EPI eGFR values were performed by using Pearson correlation coefficient. Correlation between the ratios of calculated contrast amount in the kidney to the mean HU value of the renal artery and CKD-EPI eGFR values was also evaluated using Pearson correlation coefficient. Results: Phantom study showed that mean CT HU value showed linear relationship with iodine concentration and the estimated slope of the regression line was 27.9. Calculated amount of contrast agent in the renal parenchyma was gradually increasing from corticomedullary to excretory phase (corticomedullary phase, 537.2 ± 150.2 mg; nephrographic phase, 698.4 ± 174.0 mg; excretory phase, 797.4 ± 216.7 mg [all values were expressed as the means ± SD]). At the corticomedullary and nephrographic phase, correlation analysis between the ratio of estimated contrast amount to injected contrast agent and CKD-EPI eGFR demonstrated a weakly positive correlation with Pearson correlation coefficient of 0.295 (95% confidence interval [CI]: -0.005 - 0.547, p value = 0.055) and 0.337 (95% CI: 0.041 - 0.579, p value = 0.027), respectively, although showing an overall upward trend. At the excretory phase, it demonstrated a moderately positive correlation with Pearson correlation coefficient of 0.549 (95% CI: 0.297 - 0.729, p value < 0.001). Correlation analysis between the ratio of calculated contrast amount in the kidney to the mean HU value of the renal artery and CKD-EPI eGFR showed a weakly positive correlation on nephrographic phase with Pearson correlation coefficient of 0.484 (95% CI: 0.215 - 0.685, p value = 0.001). At the corticomedullary and excretory phase, it demonstrated a moderately positive correlation with Pearson correlation coefficient of 0.609 (95% CI: 0.378 - 0.769, p value < 0.001) and 0.665 (95% CI: 0.455 - 0.804, p value < 0.001), respectively. Conclusion: There was weakly to moderately positive correlation between the calculated amount of contrast media using CT attenuation and CKD-EPI eGFR. The ratio of calculated contrast amount to the HU value of renal artery showed weak to moderate correlation with CKD-EPI eGFR, showing higher correlation coefficient. Among the CT phases, excretory phase showed the highest correlation. |본 연구는 팬텀 연구를 통해 CT의 Hounsfield unit (HU) 값과 조영제 농도 간의 상관관계를 알아보고, 이 결과를 단일 신장을 가진 환자의 GFR 추정에 적용하여 혈액검사를 통해 얻은 CKD-EPI (Chronic Kidney Disease Epidemiology Collaboration) eGFR 값과 비교하고자 하였다. 다양한 농도의 조영제로 구성된 팬텀 모형으로 각각의 조영제 농도에 따른 전산화 단층촬영(computed tomography, CT)의 HU 값을 구하고, 이를 선형회귀분석을 이용하여 회귀식을 도출하였다. 2020년 10월부터 2020년 12월까지 CT 요로조영술을 시행한 43명의 단일 신장 환자 (평균 연령 ± 표준 편차, 65.9 ± 8.7세)가 포함되었다. 각각의 CT 이미지에서 신장 윤곽을 그려 신장을 구성하는 voxel 수와 신장의 HU 값의 총 합을 구하였다. 앞서 얻은 팬텀 연구의 회귀식 기울기를 이용하여 신장 실질에 추가된 조영제의 양을 추정하였고, 이 추정치와 실제 주입된 조영제의 비율을 구하였다. Pearson 상관계수를 이용한 상관분석을 통해 이 비율과 CKD-EPI eGFR과의 상관관계를 분석하였다. 또한 신장 실질의 조영제 양과 신장 동맥 HU의 비율을 구하여 이 값과 CKD-EPI eGFR과의 상관관계 또한 분석하였다. 팬텀 연구에서 평균 CT HU 값은 조영제 농도와 선형 관계를 보였고 회귀선의 추정 기울기는 27.9로 계산되었다. 이를 통해 신장 실질에서의 조영제 양을 측정하였을 때, 피질기(corticomedullary phase)에서 배설기(excretory phase)로 갈수록 점차 조영제 양이 증가하는 것으로 나타났다 (corticomedullary phase, 537.2 ± 150.2 mg; nephrographic phase, 698.4 ± 174.0 mg; excretory phase, 797.4 ± 216.7 mg [모든 값은 평균 ± 표준편차로 표시함]). 신장 내 조영제 추정량과 실제 주입량의 비율은 CKD-EPI eGFR값과 약하거나 중간 정도의 상관관계를 보였다. 그 중 배설기에 0.549로 가장 높은 Pearson 상관계수를 보였다 (95% CI: 0.297 - 0.729, p value <0.001). 신장 내 조영제 추정량을 신장 동맥 HU 값으로 나누어 이 값을 CKD-EPI eGFR과 비교해 보았을 때 역시 약하거나 중간 정도의 상관관계를 보였으며, 앞선 상관분석보다 전반적으로 다소 높은 상관 계수를 보였다. 또한 마찬가지로 배설기에 0.665로 가장 높은 Pearson 상관계수를 보였다 (95% CI: 0.455 - 0.804, p value <0.001). 결론적으로, CT HU 값으로 신장 실질 내에 관찰되는 조영제 양을 계산해 보았을 때, 그리고 신장 실질 내 조영제 양과 신장 동맥의 HU 값의 비율을 구했을 때 모두 CKD-EPI eGFR 값과 약하거나 중등도의 상관관계를 보였다. 또한 여러 CT 시기 중에서는 배설기가 가장 높은 상관관계를 보였다.